Многопоточное программирование презентация

Содержание

Виды параллелизма. Общая память Распределенная память

Слайд 1Многопоточное программирование

Слайд 2Виды параллелизма.
Общая память
Распределенная
память

Слайд 3Средства параллельного программирования

Слайд 4Треды
Тредами (потоки, лекговесные процессы) называются параллельно выполняющиеся потоки управления в адресном

пространстве одного процесса.

Слайд 5


Треды и процессы














обмен через общую память
обмен через посылку сообщений

Слайд 6Различие тредов и процессов
Различные треды выполняются в одном адресном пространстве.

Различные процессы выполняются в разных адресных пространствах.
Треды имеют «собственный» стек и набор регистров. Глобальные данные являются общими.
Как локальные, так и глобальные переменные процессов являются «собственными».

Слайд 7Средства многопоточного программирования
Треды поддерживаются практически всеми современными операционными системами. Средства для

многопоточного программирования встроены в язык Java.
Переносимая библиотека pthreads, разработанная Xavier Leroy, предоставляет средства для создания и управления тредами.

Слайд 8
Создание и завершение тредов
int pthread_create (
pthread_t * outHandle,
pthread_attr_t

*inAttribute,
void *(*inFunction)(void *),
void *inArg
);

void pthread_exit(void *inReturnValue)

int pthread_join(
pthread_t inHandle,
void **outReturnValue,
);









pthread_create

pthread_join

pthread_exit


родительский тред


тред-потомок

Слайд 9Создание треда
int pthread_create ( pthread_t * outHandle, pthread_attr_t *inAttribute,
void *(*inFunction)(void

*), void *inArg);

outHandle – используется для возвращение в тред-родитель идентификатора треда потомка;
inAttribute – атрибуты треда;
inFunction – указатель на функцию, содержащую код, выполняемый тредом;
inArg – указатель на аргумент, передаваемый в тред;


Слайд 10Завершение треда

void pthread_exit(void *inReturnValue)

Вызов этой функции приводит к завершению треда. Процесс-родитель

получает указатель в качестве возвращаемых данных.
Обычное завершение функции и возврат указателя на void*, выполняемой тредом эквивалентно вызову функции pthread_exit, которая используется в случае, когда надо завершить тред из функций, вызванных этой функцией.

Слайд 11Обработка завершения треда на треде-родителе

int pthread_join( pthread_t inHandle, void **outReturnValue);
Вызов этой

функции приводит к блокировке родительского треда до момента завершения треда-потомка, соответствующего индентификатору inHandle. В область, указанную параметром outReturnValue, записывается указатель, возвращенный завершившимся тредом.

pthread_join приводит к освобождению ресурсов, отведенных на тред (в частности сохранненого возращаемого значения). Необходимо выполнять также для синхронизации основного треда и тредов-потомков.


Слайд 12Пример: вычисление определенного интеграла

y = f(x)
a
b
xi
xi+1
Si
xi-1

Слайд 13#include
#include
#include

double a = 0.0, b = 1.0, h,

*r;
int numt, n;

double f(double x)
{
return 4 / (1 + x * x);
}




Слайд 14
void* worker(void* addr)
{
int my, i;
double s, p;

my

= *(int*)addr;

s = 0.0;
for(p = a + my * h; p < b; p += numt * h)
{
s += h*(f(p) + f(p + h))/2.;
}
r[my] = s;
return (void*)(r + my);
}



Слайд 15main(int arc, char* argv[])
{
int i;
double S;
pthread_t *threads;

numt

= atoi(argv[1]);
n = atoi(argv[2]);
threads = malloc(numt * sizeof(pthread_t));
r = malloc(numt * sizeof(double));
h = (b - a) / n;

for(i = 0; i < numt; i ++)
pthread_create(threads + i, NULL, worker, (void*)&i);

S = 0;
for(i = 0; i < numt; i ++) {
double* r;

pthread_join(threads[i], (void**)&r);
S += *r;
}
printf("pi = %lf\n", S);
}


Слайд 16Проблема недетерминизма
Программа называется недетерминированной, если при одних и тех же входных данных

она может демонстрировать различное наблюдаемое поведение

Слайд 17





a
read
write
increment
read
increment
write


a = a + 1
a = a + 1
a = 0
a

= 1

Слайд 18





a
read
write
increment
read
increment
write


a = a + 1
a = a + 1
a = 0
a

= 2





Слайд 19






a:=a+1
a:=a+1
a=0
a=2
Неделимой называется операция, в момент выполнения которой состояние общих переменных не

может «наблюдаться» другими тредами

Неделимая операция

Слайд 20Семафоры
Семафорами называются общие переменные, которые принимают неотрицательные значение целого типа для

работы с которыми предусмотрены две неделимые операции:
увеличить значение семафора на 1;
дождаться пока значение семафора не станет положительным и уменьшить значение семафора на 1.

Слайд 21Поддержка семафоров в библиотеке pthreads
sem_t – тип семафора
sem_init(sem_t* semaphor, int flag,

int value)
semaphor – семафор,
flag – флаг (0 – внутри процесса, 1 – между процессами)
value – начальное значение
sem_post(sem_t* semaphor) – увеличение семафора sem_wait(sem_t* semaphor) – уменьшение семафора

Слайд 22Кольцевой буфер











front
rear
producer
consumer

Слайд 23#include
#include
#include
#include
#include

#define N 3

static int buf[N];

static int

rear;
static int front;
static sem_t empty;
static sem_t full;


void
init ()
{
front = 0;
rear = 0;
sem_init (&empty, 0, N);
sem_init (&full, 0, 0);
}

Слайд 24void process(int number)
{
sleep(number);
}

void *
consumer (void *arg)
{
int i = 0;

while (i != -1)
{
sem_wait (&full);
i = buf[rear];
process(i);
printf ("consumed: %d\n", i);
rear = (rear + 1) % N;
sem_post (&empty);
}
}

Слайд 25void *
producer (void *arg)
{
int i;

i = 0;
while (i

!= -1)
{
sem_wait (&empty);
printf ("Enter number:");
scanf ("%d", &i);
buf[front] = i;
front = (front + 1) % N;
sem_post (&full);
}
}


Слайд 26
main (int argc, char *argv[])
{
pthread_t pt;
pthread_t ct;

init ();

pthread_create (&pt, NULL, producer, NULL);
pthread_create (&ct, NULL, consumer, NULL);
pthread_join (ct, NULL);
pthread_join (pt, NULL);
}

Слайд 27Критические секции
Критической секцией называется фрагмент кода программы, который может одновременно выполнятся

только одним тредом.

Слайд 28Пример: создание неделимой опреации

1-й тред:
a = a + 1
2-й тред:


a = a + 1

Как сделать операцию a = a + 1 неделимой?

Слайд 29
1-й тред:
while(true) {
while(in2);
in1 = true;
a = a

+ 1;
in1 = false;
}

2-й тред:
while(true) {
while(in1);
in2= true
a = a + 1;
in2 = false;
}

Слайд 30Поддержка критических секций в pthreads
«Мютекс» - mutex – mutual exclusion (взаимное

исключение);
Объявление и инициализация:
pthread_mutex_t – тип для взаимного исключения;
pthread_mutex_init(pthread_mutex_t* mutex, void* attribute);
pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t* mutex);
Захват и освобождение мютекса:
pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex);
pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* lock);
Освобождение мютекса может быть осуществлено только тем тредом, который производил его захват.

Слайд 31Пример: умножение матриц




















C
C = A * B
каждый тред вычисляет свою строку

матрицы

Слайд 32Умножение матриц: код программы
#include
#include
#include


pthread_mutex_t mut;
static int N, nrow;
static

double *A, *B, *C;

Слайд 33void
setup_matrices ()
{
int i, j;

A = malloc (N * N

* sizeof (double));
B = malloc (N * N * sizeof (double));
C = malloc (N * N * sizeof (double));

for (i = 0; i < N; i++)
for (j = 0; j < N; j++)
{
A[i * N + j] = 1;
B[i * N + j] = 2;
}
}

void
print_result ()
{
… }

Слайд 34void *
worker (void *arg)
{
int i, j;
while (nrow < N)

{
int oldrow;

pthread_mutex_lock (&mut);
oldrow = nrow;
nrow++;
pthread_mutex_unlock (&mut);


Слайд 35
for (i = 0; i < N; i++)
{

int j;
double t = 0.0;

for (j = 0; j < N; j++)
t += A[oldrow * N + j] * B[j * N + i];

C[oldrow * N + i] = t;
}
}
return NULL;
}

Слайд 36main (int argc, char *argv[])
{
int i, nthreads;
pthread_t *threads;
pthread_mutex_init(&mut,

NULL);
nthreads = atoi (argv[1]);
threads = malloc (nthreads * sizeof (pthread_t));

N = atoi (argv[2]);
setup_matrices ();


Слайд 37
for (i = 0; i < nthreads; i++)
pthread_create

(threads + i, NULL, worker, NULL);

for (i = 0; i < nthreads; i++)
pthread_join (threads[i], NULL);

if (argc > 3)
print_result ();

pthread_mutex_destory(&mut);

}

Похожие презентации

Модели и моделирование 327
Внешние носители информации. 351
Сложение и вычитание дробей 406
Особливості обробки й інтерпретації результатів дослідних робіт в умовах тріщиннокарстових водоносних горизонтів (частина 1) 367
Цифровой телевизионный сигнал 429
Подготовка к государственной (итоговой) аттестации выпускников IX, XI (XII) классов 2012 года 168

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика